caldeiras de fluÍdo tÉrmico
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FUNDAMENTOS SOBRE CALDEIRASPROGRAMA: - Tipos de Caldeiras - Componentes de caldeiras - Mecanismos de troca de calor - Tratamento de gua - Tubulaes, tubos e mandrilhagem - Acidentes com caldeiras - Legislao NR-13
PRTICA E ELABORAO DE LAUDOSPROGRAMA: Programao de inspeo Preparativos para inspeo Medio de espessuras Teste hidrosttico Teste vlvula de segurana Elaborao de relatrios
INSPEO EM CALDEIRASPROGRAMA: - Tipos de Caldeiras - Componentes de caldeiras - Mecanismos de troca de calor - Tratamento de gua - Tubulaes, tubos e mandrilhagem - Acidentes com caldeiras - Legislao NR-13 - Conceitos de instrumentao e controles - Noes de presso, vazo, nvel e temperatura.
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- Programao de inspeo - Preparativos para inspeo - Medio de espessuras - Teste hidrosttico - Teste vlvula de segurana - Elaborao de relatrios
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CALDEIRAS DE FLUDO TRMICO WIESLOCHTM TFGeral Aquecedor para fludo trmico a leo ou a gs Configurao vertical ou horizontal Sistema de dupla serpentina Tampa superior removvel para permitir acesso para inspeo e limpeza das serpentinas Baixa perda de presso do fluido trmico Configurao de trs passagens de gases Isolamento trmico eficaz
Dados de Projeto Capacidade: Presso de projeto: Temperatura do fluido trmico: Eficincia trmica
1000 - 10.000 kW 12 barg 250 - 350C at 87%
Capacidade, Dimenses & Peso:
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Modelo
CapacidadekW kcal/h 860000 1118000 1290000 1548000 1720000 2150000 2580000 3010000 3440000 4300000 5160000 6880000 8600000
Volune (Serpentina)L 900 1280 1490 1810 1710 2030 2700 3340 3000 3940 5200 7860 10250
Peso Vazio t3,4 4,0 4,7 5,8 6,2 6,8 8,3 10,0 10,2 12,2 13,4 19,4 23,4
Dimenses H (m)3,7 4,2 4,3 4,9 4,8 5,4 6,0 6,2 6,8 7,4 7,9 9,0 10,5
W (m)1,9 2,0 2,1 2,2 2,6 2,7 2,8 3,0 3,1 3,3 3,5 3,7 3,9
B (m)2,0 2,1 2,2 2,3 2,5 2,6 2,7 3,0 2,9 3,2 3,4 3,6 3,8
25-V0-10 25-V0-13 25-V0-15 25-V0-18 25-V0-20 25-V0-25 25-V0-30 25-V0-35 25-V0-40 25-V0-50 25-V0-60 25-V0-80 25-V0-100
1000 1300 1500 1800 2000 2500 3000 3500 4000 5000 6000 8000 10000
Diferencial de temperatura do fluido trmico: 25C
CALDEIRAS DE GUA QUENTE VEC-TERMGeral
Caldeira para gua quente, tipo flamotubular, a leo leve e gs Gerador de vapor e trocador de calor combinado em uma nica unidade Vapor abaixo da presso atmosfrica (vcuo): estrutura mais leve, menor ponto de ebulio, menos corroso e menos exigncias quanto segurana de trabalho Feixe tubular em ao inoxidvel na seo do trocador de calor Fornecida como unidade completa pronta para instalao
Dados de projeto Capacidade: Presso de operao: 100.0000 a 400.000 kcal/h 450 mmHg
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Capacidade, Consumo de combustvel, Dimenses & Peso:
Capacidade Modelo (kcal/h)
Consumo de combustvel leo leve (kg/h)(nota 1)
Gs natural
Dimenses GLP
Peso (t) Com gua(nota 2) 1,5 1,5 1,9 1,9 3,1 3,1
(Nm3/h) (kg/h) A (m) B (m) C (m)(nota 1) 13 21 26 32 39 52 (nota 1) 10 17 21 26 31 41 2,3 2,3 2,7 2,7 3,2 3,2 1,4 1,4 1,5 1,5 1,8 1,8 1,4 1,4 1,5 1,5 1,8 1,8
D (mm) Vazia
VEC-10 VEC-16 VEC-20 VEC-25 VEC-30 VC-40
100.000 160.000 200.000 250.000 300.000 400.000
11 17 22 28 33 44
150 150 250 250 340 340
1,1 1,1 1,4 1,4 2,3 2,3
CALDEIRAS PARA RECUPERAO DE CALOR AV- 4 / AQ-2 - Motores a dieselGeral Caldeira flamotubular para recuperao de calor de gases de exausto de motores diesel a leo leve ou leo combustvel pesado AV-4 (passagem horizontal de gases) AQ-2 ou (passagem vertical de gases) Grande volume de gua - insensvel a variaes da presso de vapor Projeto simples e confivel Construo resistente queima de fuligem depositada na superfcie de troca trmica (Soot fires) Desenho padronizado - curto prazo de entrega
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Pode ser equipada com economizador externo do tipo aquatubular e superaquecedor
Dados de projeto Capacidade de sada da turbina: 1 - 20 MWe Tipo de combustvel: LFO, HFO, leo diesel Temperatura dos gases de exausto: At 450 com material padro Fluxo dos gases de exausto: At 75 kg/s Capacidade de produo de vapor: At 15 t/h
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CALDEIRAS A VAPOR MISSIONTM 3-PassGeral Caldeira flamotubular para queima de leo e gs Traseira mida (wet back) com trs passagens de gases Baixo nvel de emisses, devido otimizao do queimador com a fornalha Alto rendimento (91%) Maior capacidade e rendimento podem ser alcanadas com a instalao de economizador Fcil manuteno devido s portas de acesso e nmero reduzido de tubos Fornecida como unidade completa para facilidade de instalao Pode ser fornecida opcionalmente com superaquecedor de vapor Projeto de acordo com as novas normas Europias
Dados de projeto Capacidade: Presso Temperatura Vapor gua quente 2 - 34 t/h, 1.5 - 25 MW at 300 psig Vapor saturado e superaquecido
Capacidade, Economia de combustvel, Dimenses e Peso:
Missio 3-Pass 2.0 ~ 6.5
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M3P-8.0 ~ 17Modelo Capacidade (kg/h) Nominal Mxima(nota 1) M3P-2.0 M3P-2.5 M3P-3.2 M3P-4.0 M3P-5.0 M3P-6.5 M3P-8.0 M3P-10 M3P-12 M3P-15 M3P-17 2.000 2.500 3.200 4.000 5.000 6.500 8.000 10.000 12.000 15.000 17.000 (nota 2) 2.300 2.900 3.700 4.600 5.750 7.500 9.200 11.500 13.800 17.300 19.600
Eficincia (%)(nota 3) 90,7 90,8 91,1 91,4 91,0 91,0 90,8 91,0 91,2 91,5 91,9
Consumo de leo (kg/h)(nota 3) 128 160 204 254 320 415 512 639 765 953 1.076
Dimenses D (m) H (m) L (m)(nota 4) 1,9 2,0 2,2 2,3 2,4 2,6 2,7 2,9 3,2 3,5 3,7 2,5 2,7 2,8 3,1 3,1 3,4 3,5 3,6 3,9 4,0 4,2 5,7 5,9 6,0 6,4 7,0 7,1 7,4 7,7 9,0 9,7 10,3
Peso (t) Ds (mm)(nota 5) 340 340 340 500 500 500 600 600 600 750 750 9,0 9,6 10,5 12,0 14,5 16,5 20,7 26,0 31,0 38,0 41,8
Vazia
Cheia(nota 5) 14,0 14,6 18,5 21,0 24,5 28,5 34,7 43,0 52,0 64,0 73,8
Nota 1: Capacidade nominal com gua de alimentao a 20C Nota 2: Capacidade mxima com gua de alimentao a 105C Nota 3: Dados referentes capacidade nominal, leo combustvel com PCI = 9.750 kcal/kg, presso de operao 8 barg, temp. ambiente 25C e gua de alimentao a 105C. Eficincia conforme DIN 1942 baseada no poder calorfico inferior. Nota 4 : Dimetro da caldeira incluindo isolamento trmico. Nota 5: Chamin at 9 m de altura pode ser montada diretamente na sada de gases. Nota 6: No nvel normal de operao
____________________________________________________________________ Mission 3 Pass 20 ~ 34
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(Veja as fotos em 3D)
Capacidade Eficincia gua de Consumo (%) L Modelo alimentao de leo @ 20C (kg/h) (Nota1) (mm) (kg/h)M3P-20 M3P-24 M3P-30 M3P-34 20.000 24.000 30.000 34.000 90.4 90.4 90.6 91.0 1.500 1.800 2.245 2.533 8.090 8.400 8.900 9.400
Dimenses (mm) W (mm)5.580 5.780 6.020 6.260
Peso (ton) Oper.88.0 95.0 114.0 135.0
Chamin (nota 2) Vazia (mm) (mm)4.610 4.820 5.140 5.380 1.160 1.160 1.500 1.500 50.0 53.0 66.0 77.0
H
Nota 1: Eficincia conforme DIN1942 baseada no poder calorifico inferior, leo combustvel 1A com PCI = 9.750 kcal/kg. Nota 2: Chamin at 9,0 m de altura pode ser montada diretamente na saida de gases.
Os dados de projeto esto sujeitos a alterao sem aviso prvio.
Operao inseguraFONTE: Revista Proteo - Ed 48 - 1995.
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Principais causas de acidentes so provocadas por falhas humanas No Brasil, no existe estatsticas de quantas caldeiras e vasos de presso esto em funcionamento e muito menos sobre os acidentes ocorridos. Na opinio do engenheiro mecnico e inspetor de caldeiras Mauro Pessoa de Mello, diretor da Mega Steam, empresa especializada em inspeo, de Porto Alegre/RS, a maior parte dos acidentes que ocorrem com caldeiras so por falhas humanas. Utilizando as estatsticas norte americanas do National Board Bulletin realizadas neste ano, ele mostra que 10% dos acidentes so por falha de projeto e fabricao, e os outros 90% so por erro humano. Acidentes por causa de vlvulas de segurana, nvel de gua, falha nos limites de controle de combusto e dos queimadores, instalao e reparos inadequados, todos tm por trs o elemento humano, que durante as inspees, manuteno e a operao no atuam corretamente. "A estatstica subentende como nico elemento de falha humana o erro do operador", explica Mello. Um outro fator importante se refere aos proprietrios das caldeiras, que no cumprem as normas legais vigentes. Ou se cumprem s pr-forma, com a conivncia de alguns inspetores de caldeira, que fazem os laudos de inspeo sem terem ido na empresa. Ou, ento, no seguem as recomendaes dos laudos de inspeo e no executam as medidas propostas, contratando pessoas sem lhes fornecer o treinamento necessrio. Segundo Loureno Joaquim de Andrade, da ATA - Combusto Tcnica S/A, em So Paulo explodem cerca de trs a quatro caldeiras por ano. Existem caldeiras que, com dois anos de operao, esto em pssimo estado de conservao por terem sido mal operadas. No entanto, uma caldeira bem cuidada pode ter 15 anos e continuar como nova", relata. Ele acrescenta que a situao em So Paulo uma tragdia, porque existe muita picaretagem por falta de fiscalizao. "Se no houvesse impunidade, estes acidentes serviriam como exemplo", explica. Desinformao - No dia 24 de outubro, a exploso da caldeira que funcionava na Narwe Lavanderia e Tinturaria, na zona norte de So Paulo, destruiu um galpo de 400m2 e matou o funcionrio encarregado pela caldeira. Antnio Avelino da Costa, 42 anos, morreu na hora, queimado pela gua quente. Conforme avaliao do delegado de policia, talvez ele no tivesse tido tempo de regular os controles depois de ouvir o alarme que indica o superaquecimento. Outro acidente que ilustra a situao de risco e desinformao ocorreu em 1989, na cidade de Sananduva/RS. Por total falta de cuidados, uma caldeira de 1.000 Kg/h de vapor e presso de 4 kglcm2 de uma destilaria de lcool explodiu, matando o operador e ferindo duas pessoas. O trabalhador que operava a caldeira no tinha realizado nenhum curso ou treinamento e a caldeira nunca foi inspecionada. At hoje o processo civil e criminal est em andamento na Justia. No caso das grandes caldeiras, segundo o engenheiro de equipamentos Marcelo Salles, da Refinaria Duque de Caxias da Petrobrs, no Rio de Janeiro, a chance de acidentes por falhas de manuteno, projetos e equipamentos quase nenhuma. "A causa nunca isolada, mas predominantemente existe a falha humana". Salles destaca que nenhuma empresa deixa um operador numa caldeira de grande porte sem nenhum preparo. "Sempre h um treinamento", afirma. Como exemplo, Salles lembra de um acidente que ocorreu numa das refinarias da Petrobrs, onde o visor de nvel da gua, no painel de controle, estava em pane. O gerente, para resolver o problema, deixou um operador de rea 24 horas de planto, olhando o visor. "Claro que no ficou ali. Isto humanamente impossvel e ele se afastou", observa. O operador que estava no controle dos
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painis percebeu que havia perda de nvel, mas no indicava se tinha baixado ou subido, e a gua secou. S que ele tomou a deciso errada e cortou a alimentao de gua, que j estava faltando. A caldeira superaqueceu e danificou o tubulo. Outras falhas freqentes acontecem no acendimento dos queimadores, como a que ocorreu na caldeira de CO (monxido de carbono), da Refinaria Duque de Caxias, no Rio de Janeiro, em julho de 1990. bom lembrar que a Petrobrs possui toda uma preocupao com os aspectos de segurana e suas exigncias so maiores que as estabelecidas legalmente. Os seus funcionrios recebem um treinamento rigoroso e existem os servios especializados s para cuidar das caldeiras, que so mais de 100 em todo o pas, e centenas de vasos de presso, localizados nas refinarias, navios e plataformas martimas. Conhecimento superficial - A formao dos operadores de caldeiras, mesmo fazendo o curso exigido na NR-13, deixa muito a desejar. A pesquisa realizada pelo engenheiro Mecnico e de Segurana, Jos Olmpio Valle, da Universidade de Bauru/SP e apresentada em junho deste ano, mostra o grau de aproveitamento dos trabalhadores durante os cursos de operadores de caldeiras. Dos 175 entrevistados, mais de 50% declararam que assimilaram mais ou menos o que estava sendo ministrado. Ele constatou que o nvel de escolaridade destes profissionais muito baixo, no ultrapassando sequer o 1 grau. Embora vrios deles trabalhem com caldeira h tempo, a maioria tem um conhecimento muito superficial do que seja o equipamento em si e os riscos que ele oferece. Este estudo, desenvolvido na regio de Bauru/SP, revela que cerca de 23% ainda no tm o curso de operador de caldeira. A Portaria n 23 (NR-13) faculta o curso para aqueles com pelo menos trs anos de experincia nessa atividade, at 8 de maio de 1984. Mas, na avaliao de Valle, isto representa um grande risco para as empresas que empregam este tipo de operador. "Em muitos casos eles no tm a mnima noo de porqu e o que fazer numa situao de emergncia e podem provocar danos ao equipamento", explica. Nestas circunstncias as empresas deveriam, na primeira oportunidade, fazer este operador participar do curso, para aprofundar os seus conhecimentos prticos e com um mnimo necessrio de teoria. No final do trabalho, Valle sugere que, para o nvel de operadores hoje existente, estes cursos deveriam ser reciclveis e acontecer a cada dois anos. E neste caso, o contedo seria mais ameno na teoria e mais intenso na prtica, para que haja melhor aproveitamento por parte dos trabalhadores. Eles manteriam-se atentos e acompanhariam a evoluo dos novos equipamentos. Ele cita, no seu trabalho, o caso de um acidente onde o operador com curso de operao em caldeira, feito h tempo, se descuidou do nvel de gua da caldeira lenha. Houve falha no automtico de alimentao de gua e, ao perceber que no havia mais nvel no visor, tentou a bomba d'gua, que no funcionou. Em seguida tentou o injetor de emergncia, que por sorte no conseguiu operar, pois na situao em que se encontrava a caldeira, qualquer injeo de gua provocaria uma exploso. Tanto que logo em seguida houve uma imploso. Na concluso, o trabalho avalia o crculo vicioso que existe. "O operrio no tem qualificao e recebe, por isso, baixa remunerao. Em contrapartida, opera com equipamento especializado e de alto risco, que requer conhecimento e experincia para o qual no est preparado. Portanto, para operar caldeiras, seria necessrio um operador com, no mnimo, nvel tcnico".
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A revoluo do vaporFONTE: Revista Proteo - Ed 48 - 1995.
Desenvolvimento industrial a partir das caldeiras traz o risco de exploses Revoluo Industrial teve impulso pelo uso do vapor sob presso, para gerao de energia das mquinas. No sculo II a.C., como resultado de uma srie de experincias, Heron de Alexandria criou um aparelho, chamado de Eolpila, que vaporizava gua e movimentava uma esfera em torno de um eixo. E este foi o precursor das caldeiras e das turbinas a vapor. Denis Papin, na Frana; James Watt, na Esccia; Wilcox, nos Estados Unidos e muitos outros, entre cientistas, artfices e operrios, ocuparam-se, ao longo dos tempos, com a evoluo dos geradores de vapor. Em 1835, havia cerca de seis mil teares movidos a vapor. Mas foi aps a ia Guerra Mundial que essa evoluo se acentuou. As duas caractersticas bsicas das caldeiras - presso e capacidade de produo de vapor - tm alcanado valores jamais esperados pelos tcnicos do sculo passado. Se, com a tecnologia, normas, procedimentos e ensaios que existem hoje, as caldeiras ainda explodem, so incalculveis quantos acidentes ocorreram e quantas vtimas houveram, desde a poca em que o vapor passou a ser o principal responsvel pelo movimento das mquinas na indstria. Caldeiras com capacidade para produzir at trs ou quatro mil toneladas de vapor por hora so utilizadas atualmente. O fator limitante dessa caracterstica o tamanho da unidade e as propriedades metalrgicas dos materiais empregados. Assim como houve um avano na tecnologia, tambm era necessrio que se avanasse nas tcnicas para proteger tanto os homens que trabalham prximos a estes equipamentos, como a comunidade ao redor das fbricas. Em 1905, a exploso da caldeira de uma fbrica da cidade de Massachusetts, nos Estados Unidos, onde morreram 58 pessoas, alertou a sociedade para a necessidade de normas e procedimentos na construo, manuteno, inspeo e operao destes equipamentos. A partir da, foram criados os cdigos da American Society of Mechanical Engineers (ASME), que se constituem na principal fonte de referncia normativa sobre caldeiras e vasos de presso do mundo. Alm destes cdigos, existem as British Standards (BS), as normas da Association Franaise de Normalization (AFNOR), o Code d 'Appareilis Pression (Codap), as normas soviticas, alems, japonesas e outras. NR.13 - No Brasil, desde 1943 a CLT, de forma incipiente, contempla a preocupao com a segurana em caldeiras. Mas somente a partir de 1978 foi criada a norma sobre Caldeiras e Recipientes sob Presso, a NR-13, que estabeleceu as medidas de segurana para os usurios destes sistemas. No final de 1994, a Secretaria de Segurana e Sade no Trabalho publicou, no Dirio Oficial da Unio, o novo texto da NR-13, elaborado por uma comisso composta por representantes das empresas, Governo e trabalhadores. A Associao Brasileira de Normas Tcnicas (ABNT) na NBR-12177 - antiga NB-55 - trata dos procedimentos de como fazer as inspees, e a NB-227, dos cdigos para projeto e construo de caldeiras estacionrias. Alm disto, entidades como o Instituto Nacional de Metrologia, Normalizao e Qualidade Industrial (Inmetro), o Instituto Brasileiro do Petrleo (IBP) e a Associao
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Brasileira das Indstrias Qumicas (Abiquim), tm procurado contribuir elaborando estudos, pesquisas e discusses sobre os aspectos de segurana nestes equipamentos. Caldeira no apenas uma mquina que a qualquer problema signifique somente uma parada para manuteno. Em muitas situaes esta parada representa, tambm, a paralisao da produo. Dependendo do estado de conservao do equipamento, devido m condio de funcionamento, ou tambm falhas na verificao de seus sistemas de segurana, e de um procedimento incorreto na operao, a caldeira ou os vasos sob presso podem explodir e destruir parcial ou totalmente uma fbrica. Como conseqncia pode haver vtimas fatais, interrupo da produo, prejuzos financeiros com indenizaes, reconstruo e aquisio de novos equipamentos. E se for constatada a no observncia das normas de segurana, o proprietrio, ou o seu preposto, no caso o inspetor de caldeira, est sujeito a ser responsabilizado civil e criminalmente.
Segurana sob pressoFONTE: Revista Proteo - Ed 48 - 1995.
Preveno em caldeiras e vasos vai do projeto e at a operao Naquela pequena empresa, que j no to pequena assim, vez por outra, no meio do barulho da produo, ouve-se o soar da caldeira, daquelas bem antigas. Suas placas de metal eram unidas com rebites, ao invs de utilizar a solda. A vlvula de segurana tinha contrapesos e, de tanto tocar, o proprietrio resolveu amarr-la com um arame para que no soasse mais. Para quem no conhece como funciona uma caldeira, imagine uma panela de presso com aquela vlvula fixa que fica em cima da tampa, no deixando o vapor sair. O que pode acontecer quando a presso interna for maior que a resistncia do material da panela? Na mesma situao encontrava-se esta caldeira, quando inspecionada pelo engenheiro ngelo Gaetanino Gaudio, da empresa Consultag Desenvolvimento Industrial e Energtico Ltda, no Rio Grande do Sul. O nmero de acidentes, considerando a quantidade destes equipamentos em funcionamento, pequeno. Porm, dizem que isto ocorre por causa do fator sorte. "Se tem um Deus que protege as crianas e os bbados, ele tambm protege os operadores", observa Loureno Joaquim de Andrade, chefe de administrao, vendas e assistncia tcnica da ATA Combusto Tcnica S/A. Ele diz que geralmente os donos das empresas pensam que os acidentes s vo acontecer com o vizinho. O uso destes equipamentos em diversos setores representa uma opo energtica de baixo custo. Uma caldeira pode ser aproveitada de diversas formas. A partir da queima de um combustvel, ela aquece a gua que se transforma em vapor, e sob presso, gera energia termodinmica. Transformada em energia mecnica, gera eletricidade, constituindo-se numa fonte alternativa de gerao de energia e calor. O aquecimento da caldeira se obtm pela queima de combustvel slido como a lenha, cavaco, carvo, bagaos; ou liquido como leos combustveis e lcalis; e ainda gasosos como os gases liquefeitos de petrleo. Nas fbricas de papel so operadas caldeiras recuperadoras de lcalis. Elas utilizam os resduos da extrao da celulose da madeira como combustvel, reaproveitando o que seria jogado na natureza, para a produo da energia
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eltrica. Esta energia, por sua vez, impulsiona o funcionamento da fbrica. Alm do aproveitamento do licor preto, como chamado o combustvel, a soda custica separada e retorna para a produo da celulose, sendo reaproveitada em 97%, com uma perda mnima durante o processo. Riscos diversos - A utilizao de caldeiras tambm implica em riscos diversos. Elas podem explodir, causar incndios. choques eltricos, intoxicaes, quedas e queimaduras. A preveno deve ser considerada em todas as fases: no projeto, na fabricao, na operao, na manuteno e na inspeo. A exploso pode se originar da combinao de trs causas: a diminuio da resistncia do material, em decorrncia do superaquecimento ou da modificao estrutural; a diminuio da espessura advinda da corroso ou da eroso; e o aumento da presso por falhas de operao ou dos equipamentos de segurana. No entanto, uma caldeira bem cuidada pode durar muitas dcadas. Os critrios de segurana deveriam iniciar antes da compra e da instalao. O ideal seria que o engenheiro inspetor de caldeiras e vasos de presso, fosse consultado para acompanhar o processo de fabricao e no depois que elas esto instaladas. Alm do cuidado na compra, procedimentos simples como as exigncias das especificaes tcnicas grafadas no corpo do equipamento, com os dados do projeto, da fabricao e operao, nome do fabricante, ano de fabricao e o servio a que se destina, ajudam na hora da inspeo. Outros elementos como o treinamento dos operadores e a manuteno preventiva combinada com as inspees peridicas, garantem o funcionamento seguro destes equipamentos. Com tcnicas de inspeo convencionais - testes hidrostticos, ultra-som, e outros - e no convencionais, como os ensaios-nodestrutivos, mantm-se sob controle cada componente de uma caldeira ou vaso de presso, garantindo a segurana operacional. Cada vez mais possvel trabalhar com segurana em caldeiras e vasos de presso. Basta para isto que haja a preocupao com a vida daqueles que trabalham nestes equipamentos e tambm com as conseqncias, desastrosas, de uma exploso.
Rigor nas inspeesFONTE: Revista Proteo - Ed 48 - 1995.
Muito tempo de uso dos equipamentos exige maiores cuidados nos exames peridicos A NR-13 estipulou um prazo de 25 anos para os equipamentos serem submetidos a uma rigorosa avaliao de integridade, visando determinar sua vida remanescente e novos prazos mximos para inspeo, caso ainda tenham condio de uso. Em principio no existe vida til para uma caldeira ou vaso, que dependem da correta utilizao e manuteno. Existem caldeiras em pleno funcionamento com mais de 40 anos de uso, e que ainda podem continuar trabalhando por mais 40. Grande parte destes equipamentos possui vida til longa. comum tambm a aquisio de caldeiras e vasos de presso de segunda mo. Isto aumenta a necessidade das inspees de segurana serem mais rigorosas, pois este o nico mtodo para a deteco de vrias causas de acidentes. O sucesso de um programa de inspeo est associado escolha adequada das ferramentas que permitiro o permanente controle da condio de integridade dos equipamentos.
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Vrios indcios aparecem na estrutura das caldeiras e dos vasos, que podem ser detectados. Devido ao superaquecimento, o ao exposto a temperaturas superiores s admissveis pode perder resistncia e criar o risco de exploses. A escolha inadequada de materiais no projeto de caldeiras pode ocasionar o risco de ruptura de partes submetidas presso, em razo do emprego de materiais no resistentes s solicitaes impostas. Falhas no projeto, como o prolongamento excessivo dos tubos, expandidos em espelhos de cmaras de reverso, impedem a trajetria livre dos gases quentes, causando o superaquecimento nestas partes e consequentemente, fissuras nos tubos ou nos espelhos, nas regies entre os furos. O posicionamento dos queimadores tambm constitui num risco de superaquecimento. Outro problema clssico a incrustao, devido deposio e agregao de slidos juntos ao ao da caldeira, no lado da gua. Ela funciona como isolante trmico e no permite que a gua refrigere o ao. Ou seja, h menor transferncia de calor do ao para a gua. Por exemplo, o ao previsto para trabalhar na ordem de 3000C fica exposto a temperaturas de 500C. Com a incrustao, tambm aumenta a possibilidade de corroso. A falta de refrigerao dos tubos ocasiona o ocultamento. Este fenmeno ocorre porque a concentrao dos slidos dissolvidos na gua se cristalizam sobre os tubos, formando uma camada aderente. Como esta cristalizao sempre menor que os produtos inseridos para o tratamento da gua, a impresso que estes esto sempre se escondendo em algum lugar. Outro motivo para o superaquecimento ocorre quando se coloca uma caldeira com potncia baixa em relao s necessidades da produo de vapor e, para atender a demanda, intensifica-se o fornecimento de energia na fornalha. Nestes casos, ao invs de alcanar a produo desejada, se consegue rupturas, fissuras ou deformao dos tubos, potencializando o perigo de exploso. A necessidade rigorosa de transferncia de calor dos tubos para gua mantm a temperatura interna. Caso no haja refrigerao no contato da gua com o ao e faltando gua nas regies de transmisso de calor, ocorrer um superaquecimento do ao e a perda de sua resistncia. A maioria absoluta dos acidentes com caldeira ocorre em razo da falta de gua. Para tentar suprir esta deficincia, o operador esquece-se que o metal est superaquecido, e injeta gua, causando o choque trmico que explode a caldeira. Os defeitos de mandrilagem (expanso de tubos) so o trincamento das chapas ou tubos e as descontinuidades microscpicas do ao, que podem ocasionar vazamentos. As operaes de soldagem so numerosas na fabricao de caldeiras. As falhas nas juntas soldadas potencializam os riscos de exploso, uma vez que podem representar uma rea de menor resistncia. O Instituto Internacional de Solda (IIW) classifica os defeitos por famlias ou grupos. As fissuras ou trincas (grupo 1), cavidades (grupo 2), incluso ou escria (grupo 3), falta de fuso e de penetrao (grupo 4) e defeitos de forma (grupo 5). Seja qual for o processo, a execuo das operaes de soldagem devem ser realizadas por soldadores qualificados e seguindo processos reconhecidos por normas tcnicas especficas. Aps a soldagem, as caldeiras devem passar por tratamento trmico para aliviar as tenses dos metais (ajuste). O controle radiogrfico das juntas a principal ao entre os ensaios no destrutivos aplicveis nestes casos. A corroso constitui um dos mais importantes fatores de deteriorao de caldeiras. Ela atua como fator de diminuio da espessura das partes sujeitas presso. A corroso interna processa-se sob diversas formas e seguindo vrios mecanismos. Porm, sempre conseqncia direta da presena da gua: de
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suas caractersticas, impurezas e de seu comportamento em contato com o ferro, nas diversas faixas de temperaturas. A corroso externa depende dos combustveis empregados e das temperaturas. Outro fator importante a atmosfera. Caldeiras instaladas em regies midas, prximas ao mar e em locais fortemente poludos, apresentam esta deteriorao. As exploses ocasionadas por elevao da presso ocorrem por falha dos sistemas de modulao de chamas, de presso mxima, vlvula de segurana, e nos controles manuais que acionam os diversos dispositivos da caldeira. Os erros no sistema manual so decorrentes de defeitos em instrumentos de indicao - manmetros e nvel, principalmente. As exploses por gases de combusto tm caractersticas peculiares, originadas por reao qumica - a combusto. O maior perigo destas exploses quando se recoloca a caldeira em marcha ou se promove a ignio com retardo, sem purga prvia, condio em que a fornalha se encontra inundada de mistura combustvel. Para percepo destes diversos tipos de situaes que podem ocorrer com os equipamentos e, diante do muito tempo de uso de uma caldeira ou vaso, os ensaios-no-destrutivos vm contribuir para melhorar a avaliao, na hora das inspees. Como pode-se perceber, vrios so os fatores que contribuem para um acidente com caldeiras. No entanto, vrias tambm so as tcnicas e formas de detectar estes problemas e garantir um funcionamento seguro. Procedimentos simples, como as inspees peridicas, e exames mais rigorosos, com auxlio de tcnicas mais apuradas e seguras, permitem a indicao do tempo remanescente de uma caldeira.
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Algumas imagens, retiradas do trabalho "Manual Tcnico de caldeiras e vasos sob presso" do MTE, 1996: Item 13.1.4 "a"
Item 13.1.4 "e"
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Item 13.1.5.1
Item 13.1.9
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Item 13.2.2
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Item 13.2.3 e 13.2.4
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Item 13.2.7
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Item 13.6.2
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Item 13.6.2 "c"
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NR 13 - CALDEIRAS E VASOS SOB PRESSO - Comentrios adicionais. A. Item 13.1.4 G.I.R. (Grave e Iminente Risco) Alnea "c": Combustvel slido, por exemplo, lenha ou carvo, no pode ser apagado rapidamente e se faltar gua, haver superaquecimento, podendo causar exploso. Para cortar o fluxo de combustveis fluidos basta, em geral, fechar um registro. Alnea "d": lcalis so hidrxidos ou xidos de sdio, ltio, potssio, rubdio e csio. Podem reagir violentamente com gua. Em caso de falha no processo de recuperao de lcalis, a drenagem rpida pode interromper as reaes.
B. Item 13.1.5 - exemplo de placa de identificao: comum encontrar placas com informaes em formatos um pouco diferentes, mas que tambm atendem NR 13:
Item 13.1.5.1 Exemplo de identificao adicional:
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Item 13.2.4: Casa de caldeiras
O item 13.2.5 lista as situaes de G.I.R. para Casa de Caldeiras e rea de Caldeiras. 1. Item 13.3.4: obrigatria a presena de operador de caldeira, sempre que a caldeira estiver em operao. Se houver mais de um turno de trabalho a caldeira deve ter operadores em todos os turnos. O operador deve permanecer na rea de operao, durante todo o tempo, no apenas em situaes de emergncia. 2. Item 13.3.9: De acordo com este item um operador de caldeira no pode ser substitudo antes que o substituto tenha sido treinado na prpria caldeira que ir operar. Em caso de fora maior, quando o operador titular no puder permanecer no posto at que o estgio tenha sido concludo, por exemplo, por falecimento do operador, o supervisor do estgio ser o responsvel pela operao naquele perodo. 3. Item 13.5.6: Inspeo de segurana em caldeiras inoperantes obrigatria, antes da caldeira ser recolocada em funcionamento, aps ter permanecido mais de 6 meses inativa (ver item 13.5.9). 4. VASOS DE PRESSO ANEXO III, item 1, alnea "a", inclui panelas de presso industriais (recipientes para coco de alimentos). O manual publicado pelo MTE mostra foto de recipiente para coco de alimentos, com indicador de presso (manmetro) e vlvula de alvio, sem chama direta (vapor provido, provavelmente, por caldeira externa). Panelas de presso com chama direta tambm podem estar enquadradas na NR 13, desde que o produto P.V. (KPa x m3 ) seja superior a 8.
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5. VASOS DE PRESSO ANEXO III, item 2:Os cilindros dos extintores portteis de incndio no esto includos na NR 13, assim como outros cilindros transportveis (oxignio, acetileno, etc.) Cmaras de descompresso, para atividades hiperbricas previstas no Anexo 6 da NR 15, no esto enquadradas na NR 13. Recipientes criognicos (temperaturas abaixo de 0 C) que armazenam gases liqefeitos, derivados do ar, quando fabricados segundo normas especficas no relativas a vasos de presso, no esto enquadrados na NR 13. No entanto, tanques utilizados para armazenar nitrognio na temperatura ambiente so vasos de presso, estando enquadrados na NR 13, pela alnea "a" do item 1 do ANEXO III.
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Associao Brasileira Tcnica de Celulose e Papel
COMIT DE SEGURANA EM CALDEIRAS DE RECUPERAO DO BRASIL
"Prticas Recomendadas para Oxidao Trmica de Gases No-Condensveis em Caldeiras de Recuperao."
Sub-Comit de Segurana em Combusto
NDICE
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PREFCIO................................................................................................................... CAPTULO 1 - INTRODUO .................................................................................... CAPTULO 2- DEFINIO E ABREVIATURAS.......................................................... CAPTULO 3- CONSIDERAES PRINCIPAIS......................................................... Introduo.................................................................................................................... Exploso...................................................................................................................... Riscos com Terebentina.............................................................................................. Procedimento de Parada de Emergncia.................................................................... Corroso...................................................................................................................... Os Efeitos do Enxofre e Concentraes de Slidos.................................................... Os Efeitos da Introduo de GSCD sobre emisses .................................................. Consideraes de Sade............................................................................................. Complexidade do Sistema........................................................................................... Integrao e Confiabilidade dos Sistemas de Transporte........................................... Entradas....................................................................................................................... Condies da Caldeira de Recuperao..................................................................... CAPTULO 4- RECOMENDAES PARA A OXIDAO TRMICA DOS GNCD................................................................................................................. INTRODUO............................................................................................................. Segurana.................................................................................................................... Fontes.......................................................................................................................... Sistema de Injeo de Gases na Caldeira de Recuperao....................................... COLETA E TRANSPORTE DOS GNCD..................................................................... Gases do Silo de Cavacos do Digestor....................................................................... Sistema de Transferncia dos GNCD.......................................................................... Tubulao de GNCD e Equipamentos Auxiliares........................................................ MONITORAMENTO E CONTROLE............................................................................ Sistema de Segurana................................................................................................. Lgica de Permisso de Partida de GNCD................................................................. Lgica de Proteo de Desarme.................................................................................. SEGURANA DE PESSOAL....................................................................................... FIGURAS..................................................................................................................... Figura 001- Sistema de Transferncia de GNCD........................................................ Figura 002- Lgica de Permisso de Partida de GNCD.............................................. Carta de Explanao Lgica da Figura 002................................................................. Figura 003- Lgica de Proteo de Desarme............................................................. Carta de Explanao Lgica da Figura 003................................................................. CAPTULO 5- GUIA PARA OXIDAO TRMICA DE GNCC e GSCD..................... INTRODUO............................................................................................................. Segurana....................................................................................................................
01 03 06 10 10 10 12 13 13 14 15 16 17 17 17 18 20 20 20 20 20 21 22 22 22 23 23 23 24 24 25 25 26 27 28 29 30 30 30
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Fontes.......................................................................................................................... GSCD........................................................................................................................... Queimador Dedicado................................................................................................... A Caldeira de Recuperao como Dispositivo de Controle Primrio........................... COLETA E TRANSFERNCIA DE GNCC E GSCD.................................................... GNCC........................................................................................................................... Sistema de Transferncia de Fase Vapor.................................................................... Sistema de Transferncia de Gs Condicionado......................................................... GSCD........................................................................................................................... Sistema de Tubulao e Equipamentos Auxiliares para GNCC e GSCD.................... OXIDAO TRMICA................................................................................................. Queimador................................................................................................................... Ignitor Contnuo............................................................................................................ Ar de combusto.......................................................................................................... SISTEMA DE SEGURANA........................................................................................ Lgica de Permisso de Partida- GNCC..................................................................... Lgica de Proteo de Desarme - GNCC.................................................................... Lgica de Permisso de Partida - GSCD..................................................................... Lgica de Proteo de Desarme - GSCD.................................................................... SEGURANA PESSOAL............................................................................................. DESCRIO DO SISTEMA E OPERAO................................................................ Descrio..................................................................................................................... Operao..................................................................................................................... Figura 011- Sistema de Transferncia de GNCC e GSCD.......................................... Figura 012- Queimador para Oxidao Trmica......................................................... Tabela III - Modo e aes das vlvulas em "DSC" e "PPE" Figuras 011 e 012..... Figura 013- Lgica de Permisso de Partida do Queimador de GNCC...................... Carta de Explanao Lgica da Figura 013................................................................. Figura 014- Lgica de Proteo de Desarme do Queimador de GNCC..................... Carta de Explanao Lgica da Figura 014................................................................. Figura 015- Lgica de Permisso de Partida do Queimador de GSCD....................... Carta de Explanao Lgica da Figura 015................................................................. Figura 016- Lgica de Proteo de Desarme do Queimador de GSCD...................... Carta de Explanao Lgica de Figura 016................................................................
30 31 31 31 32 32 32 33 34 35 37 37 38 38 39 39 40 40 40 41 41 41 43 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55
"Comit de Segurana em Caldeiras de Recuperao do Brasil - CSCRB"
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"PRTICAS RECOMENDADAS PARA OXIDAO TRMICA DE GASES NO-CONDENSVEIS EM CALDEIRAS DE RECUPERAO". (BLRBAC-Reviso 1-10/05/99) PREFCIO Este Manual contendo as "Prticas Recomendadas para Oxidao Trmica de Gases No-Condensveis em Caldeiras de Recuperao" substitui o Manual de Recomendaes do BLRBAC ("Black Liquor Recovery Boiler Advisory Committee") publicado em 04/04/90, entitulado "Incinerao de Gases No-Condensveis em Caldeiras de Recuperao". Grande parte das informaes contidas no citado Manual de Recomendaes foi incorporada nestas " Prticas Recomendadas". O CSCRB atravs do Sub-Comit de "Segurana em Combusto", realizou a traduo deste Manual do BLRBAC com o objetivo de disponibilizar s empresas brasileiras de Celulose e Papel e seus representantes membros o acesso atualizado s informaes relevantes contidas nestas Prticas Recomendadas bem como estabelecer uma uniformidade em termos de conceitos e definies aplicadas. Neste particular, estamos priorizando o termo "Oxidao Trmica de Gases No-Condensveis" por representar a maioria das empresas brasileiras que utilizam gases residuais como combustveis em seus processos internos. Numa prxima oportunidade sero tambm incorporados ao presente Manual, outros produtos residuais combustveis como terebentina e metanol. O Sub-Comit de "Queima de Combustveis Residuais" do BLRBAC foi criado em 1997 afim de avaliar a experincia vigente com a oxidao trmica de gases e lquidos combustveis nas fornalhas das caldeiras de recuperao dos EUA visando com a informao adquirida, criar suporte tcnico para a elaborao de Diretrizes ("Guidelines") do BLRBAC para a utilizao sistemtica em caldeiras de recuperao com o adequado controle das emisses geradas. Estas Diretrizes foram posteriormente apresentadas como Recomendaes ao Comit Executivo. As Diretrizes descritas nas "Prticas Recomendadas para Oxidao Trmica de Gases No-Condensveis em Caldeiras de Recuperao" so endereadas para a queima de gases no-condensveis (GNC), estendendo a considerao para outros lquidos ou gases residuais, como metanol, terebentina, leos vermelhos ("red oil") e gases diludos dos tanques de dissoluo que sero posteriormente avaliadas pelo SubComit. O Sub-Comit reconhece na elaborao destas "Prticas Recomendadas", que os Engenheiros em Projetos, Operao e Gerenciamento da maioria das fbricas de Celulose e Papel ainda esto pouco preparados para as conseqncias da queima de gases no-condensveis (GNC) diludos e concentrados apesar de estarem sendo oxidados termicamente de forma bem-sucedida em caldeiras de recuperao instaladas em todo mundo. Estas "Prticas Recomendadas" incluem informaes sobre instalaes existentes onde os gases no-condensveis diludos (GNCD) e concentrados (GNCC) esto sendo termicamente oxidados em caldeiras de
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recuperao. A lista compilada em 1998 inclui 40 caldeiras de recuperao que chamaram a ateno do Sub-Comit, das quais 35 queimam GNCD e 17 queimam GNCC. O nvel de experincia atual das operaes instaladas muito diferente da verificada em 1986 quando se redigiu os objetivos originais do Sub-Comit de Queima de Combustveis Residuais ( "Waste Streams") em caldeiras de recuperao. O produto daquele Sub-Comit foi criar Diretrizes do BLRBAC entituladas " Incinerao de Gases Residuais em Caldeiras de Recuperao" publicado em 04 de Abril de 1990. O nvel de experincia da indstria com queima de gases no-condensveis tm evoludo de poucas instalaes queimando apenas GNCD em caldeiras de recuperao em 1986 at um substancial nmero de caldeiras de recuperao queimando tanto GNCD como GNCC nas fornalhas atuais. A considervel experincia com a queima de gases nocondensveis em outras unidades de controle, como as utilizadas em caldeiras auxiliares e fornos de cal, tem contribudo positivamente para as otimizaes em tecnologia e operaes da indstria relativos aos sistemas de coleta e combusto de GNC. A experincia atual em caldeiras de recuperao serve como subsdio e justificativa suficientes para a preparao destas "Prticas Recomendadas" que substituem as Diretrizes descritas em 1990. A tabulao das instalaes que queimam GNC em caldeiras de recuperao, bem como descries de vrias delas, fazem parte do escopo desta publicao.
PRTICAS RECOMENDADAS PARA OXIDAO TRMICA DE GASES
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NO-CONDENSVEIS EM CALDEIRAS DE RECUPERAO
CAPTULO 1 - INTRODUO A caldeira de recuperao queimando licor preto apresenta problemas relacionados operao e segurana que de longe excede ao da caldeira de fora convencional ou outros equipamentos de combusto que possam ser utilizados para oxidao trmica de gases no-condensveis, alm de metanol e terebentina. A caldeira de recuperao primeiramente uma unidade do processo de recuperao qumica onde os materiais orgnicos do licor preto so queimados enquanto os compostos oxidados de sulfeto de sdio e potssio so reduzidos e drenados como sais fundidos no fundo da fornalha. Ao mesmo tempo, como uma atividade paralela, o calor liberado da combusto do licor preto usado para gerao de vapor para energia e aquecimento de diferentes etapas do processo. As fbricas de celulose e papel norte-americanas solicitaram em 1998 que o Comit Executivo do BLRBAC iniciasse uma reviso afim de reconsiderar a posio sobre disposio de gases no-condensveis em caldeiras de recuperao, levando em considerao a experincia vigente das caldeiras de recuperao operando atualmente com a oxidao trmica destes combustveis residuais ("waste streams"). Os gases no-condensveis (GNC), sendo gases que contm compostos de enxofre reduzidos provenientes das operaes de Cozimento e Evaporao, constituem-se em fontes primrias de odor. Nos ltimos anos, tem sido desenvolvidos equipamentos e sistemas para queima conjunta de gases no-condensveis diludos (GNCD) e concentrados (GNCC) em caldeiras de recuperao, assim como lquidos condensados de metanol e terebentina. Vrias fbricas de celulose e papel, em diferentes localizaes no mundo, esto atualmente queimando estes combustveis residuais em suas caldeiras de recuperao. Outra origem de gases no-condensveis requerendo adequada oxidao trmica a degasagem dos concentradores de alta concentrao de slidos secos ( super-concentradores). O principal benefcio para a oxidao trmica destes combustveis em caldeiras de recuperao que os compostos sulfurosos presentes nestes gases podem ser retidos no processo ao invs de serem descarregados para atmosfera. Enquanto a maior parte do calor referente ao processo de recuperao qumica devido queima do licor preto, os gases combustveis podem introduzir um calor adicional ao processo atravs de sua incinerao e mistura dentro da fornalha. O maior volume de combustveis residuais disponveis para disposio/descarte so os gases no-condensveis diludos (GNCD) provenientes de vrias origens do processo fabril. Atualmente j existe uma boa experincia operacional para o adequado manuseio deste gases afim de minimizar os riscos associados sua oxidao trmica. A complexidade operacional da oxidao trmica dos gases no-condensveis concentrados (GNCC) em caldeiras de recuperao aumentada proporcionalmente ao aumento dos riscos potenciais de segurana na rea da caldeira em geral. Este risco ainda maior quando produtos como metanol e/ou terebentina so oxidados termicamente em caldeiras de recuperao. Estas "Prticas Recomendadas para
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Oxidao Trmica de Gases No-Condensveis em Caldeiras de Recuperao" foram revisadas levando-se em considerao os equipamentos, sistemas de segurana e demais procedimentos operacionais relativos ao projeto e operao dos sistemas de GNC instalados na maioria das principais caldeiras de recuperao. As informaes contidas nestas "Prticas Recomendadas" podem contribuir substancialmente para a minimizao dos riscos operacionais para as empresas que optarem por oxidar termicamente o GNC em suas caldeiras de recuperao. No Apndice D, existe anexada uma lista com 40 instalaes que utilizam GNC em caldeiras de recuperao. A lista inclui algumas informaes bsicas sobre a localizao das instalaes bem como os gases que tem sido mais comumente oxidados termicamente na fornalha. As Diretrizes publicadas pelo Comit de Recuperao da Associao Sueca de Usurios de Geradores de Vapor ("Soda House Committee of the Swedish Steam Users Association") e pela Associao de Engenharia da Factory Mutual ("Factory Mutual Engineering Corporation") tambm serviram como fundamentos de referncia para a elaborao destas Prticas Recomendadas pelo BLRBAC. Os principais documentos de referncia utilizados encontram-se descritos abaixo: 1. "Diretrizes relativas a equipamentos e sistemas de segurana para eliminao de GNC concentrados, metanol e terebentina em caldeiras de recuperao". SSUA, Publicao N B16, Edio 1, Setembro 1997. 2. "Eliminao atravs da combusto de GNC concentrados, metanol e terebentina em caldeiras de recuperao". Publicao N. C9, Edio 1, Setembro 1997. 3. "Recomendaes relativas a equipamentos e sistemas de segurana para queima de leos e gases em caldeiras de recuperao". ( pargrafos e diagramas selecionados nas tradues B16 e C9), SSUA, Publicao N B13, Edio 1, Maro 1997. 4. "Dados para preveno de perdas em caldeiras de recuperao qumica". Factory Mutual, Publicao N 6-21/12-21, Janeiro 1994, pginas 12 e 13. 5. "Dados para preveno de perdas em caldeiras auxiliares para queima de resduos slidos e gasosos". Factory Mutual, Publicao N 6-12/12-13, Junho 1983, pginas 17 e 18. A complexidade do processo de recuperao qumica combinado s severas condies ambientais resultantes constituem-se num formidvel desafio operacional para os Operadores e Tcnicos que trabalham com caldeiras de recuperao. A operao se torna ainda mais complexa se os gases no-condensveis so oxidados termicamente nas fornalhas das caldeiras de recuperao. Alm disto, existe a condio de degradao ambiental quando se oxidam estes gases no-condensveis sem o devido cuidado. Na maioria dos casos, os Operadores de caldeiras de recuperao dependem muito da abrangncia e qualificao de seus treinamentos tcnicos, de seu bom-senso e atitudes pessoais, bem como da instrumentao instalada ( intertravamentos) afim de obter-se uma "operao segura" do equipamento. Em muitas situaes, os Operadores so forados a avaliar e decidir rapidamente sobre a operao a executar, mesmo no possuindo todos os dados em mos para a tomada de deciso. A responsabilidade sobre a "atitude operacional" dos Operadores de caldeiras de recuperao muito grande e por isso que a indstria deve oferecer aos mesmos as melhores condies
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de apoio, orientao, treinamento, associados s ferramentas adequadas para promover condies de segurana e disponibilidade ao equipamento. Estas condies se tornam ainda mais relevantes em fbricas que queimam gases no-condensveis em caldeiras de recuperao. A queima dos gases no-condensveis diludos e/ou concentrados ou outros gases combustveis residuais em caldeiras de recuperao aumentam a complexidade e o potencial de risco da operao. Por reconhecer este risco que o BLRBAC no recomenda esta prtica. Entretanto, estamos indicando estas "Prticas Recomendadas" que devero ser seguidas afim de minimizar os riscos e o potencial de acidentes caso os gases no-condensveis sejam queimados na caldeira de recuperao de sua empresa.
CAPTULO 2 - DEFINIES E ABREVIATURAS
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(BLRBAC-Reviso 2-06/10/99) Foram definidos "termos" e "definies" para serem utilizadas neste Manual de "Prticas Recomendadas". Estas definies devem utilizadas onde aplicveis, sendo publicadas no "Final Pulp and Paper Cluster Rule" ( 63 FR 18504-18751). Impregnador de Cavacos ("chip steamer") Vaso usado para pr-aquecimento ou pr-tratamento (impregnao) dos cavacos de madeira antes do Cozimento usando "flash" do vapor do prprio Digestor ou vapor vivo como elemento de aquecimento. Unidade de Controle ou Unidade de Combusto uma parte individual do equipamento da caldeira, incluindo, mas no limitado aos seguintes equipamentos: queimador trmico, forno de cal, fornalha de caldeira de recuperao, aquecedor de processo, ou caldeira, usados para oxidao trmica dos vapores poluentes do ar proveniente de compostos orgnicos perigosos ou extrados de combustveis lquidos do processo, tais como, terebentina ou metanol. Esta Norma levar em considerao apenas a fornalha de caldeiras de recuperao como unidade de controle. Gases No-Condensveis Concentrados (GNCC) Gs contendo uma concentrao de compostos de enxofre e/ou terebentina, metanol e outros hidrocarbonetos que encontram-se acima do limite superior de explosividade (LSE), freqentemente chamados de gases de alta concentrao e baixo volume ("low volume, high concentration gases" - LVHC). A definio dos GNCC exclusiva para volume (gs). Sistema de Coleta de GNCC o sistema de coleta e transporte usado para transportar gases das fontes geradoras de GNCC at a fornalha da caldeira de recuperao ou outra unidade de combusto. Sistema de GNCC So os equipamentos de coleta de gases incluindo entre eles o Digestor, Recuperao de Terebentina, Evaporadores e Sistemas de Coluna de Destilao ( Stripper) e Coleta e Tratamento de Gases e Condensados. Gases No-Condensveis Diludos ( GNCD) Gs contendo uma concentrao de compostos de enxofre que encontra-se abaixo do limite inferior de explosividade (LIE), freqentemente chamados de gases de alto volume e baixa concentrao ("high volume, low concentration gases"-HVLC). A definio dos GNCD exclusiva para volume (gs). Sistema de Coleta de GNCD o sistema de coleta e transporte usado para transportar gases das fontes geradoras de GNCD at a caldeira de recuperao ou outra unidade de combusto.
Sistema de GNCD
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So os equipamentos de coleta de gases incluindo entre eles os filtros lavadores de polpa, o refinador de ns, telas e sistemas de deslignificao de oxignio, tanques de estocagem de licor e tanques de mistura de licor (localizados na rea da caldeira). EPA - "Environmental Protection Agency" Agncia de Proteo Ambiental (Norte-Americana) Procedimento de Parada de Emergncia (PPE) - "Emergency Shutdown Procedure" (ESP) So as etapas utilizadas para o processo de parada rpida da caldeira de recuperao, usando o mtodo de interrupo imediata de queima. Este procedimento usado para reduzir a possibilidade de uma condio insegura, especialmente quando se tem gua entrando na fornalha atravs do vazamento de algum tubo da parede d'gua, provocando exploso tipo contato fundido-gua. Nestas situaes, os instrumentos de operao tais como vlvulas e "dampers" so automaticamente colocados numa posio segura e a queima de licor imediatamente interrompida. (Veja maiores detalhes nas Diretrizes do BLRBAC para Queima Segura de Licor Preto). Inflamvel Refere-se caracterstica de explosividade do combustvel que pode ser gasoso, lquido ou slido, sendo fcil de entrar em ignio e/ou queimar rapidamente. Limites de Flamabilidade Um combustvel considerado inflamvel quando sua faixa de flamabilidade encontrase entre os limites superior (LSE) e inferior (LIE) de explosividade. Gases Poluentes Perigosos (GPP) - "Hazardous air pollutants" (HAP) Fase I do documento "Regras do EPA" (EPA Cluster Rules) indicando padres para estas emisses em todas as instalaes de polpeamento e branqueamento nos EUA. Alto Volume e Baixa Concentrao (AVBC) Genericamente estes gases representam elevados fluxos volumtricos com uma baixa concentrao de compostos de enxofre situando-se abaixo do limite inferior de explosividade (LIE). O termo no abrangente para todos os fluxos de baixa concentrao de uma fbrica, pois alguns so de baixo volume de enxofre. ( Ver definio de gases no-condensveis diludos). Limite Inferior de Explosividade (LIE) Uma mistura ar-combustvel abaixo deste limite no possui combusto suficiente para suportar uma chama (ignio). O LIE dependente do combustvel utilizado ( Ver limite de flamabilidade). Mxima Propagao de Chama (MPC) a velocidade mxima pela qual uma chama ir viajar atravs do vapor/gs combustvel. Metanol (CH3OH) um lcool produzido durante etapas dos processos de Cozimento e Branqueamento da polpa atravs da decomposio de grupos metxis da lignina. O metanol combustvel e fornece valores positivos de energia disponvel. O metanol solvel em gua, sendo encontrado em soluo ou na forma de vapor.
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Gases No-Condensveis (GNC) Se refere a todos os gases que contm enxofre e/ou compostos orgnicos em sua composio, tais como, GNCC, GNCD e Gases de Sada da Coluna de Destilao (GSCD)- "Stripper off-gas"(SOG ). Algumas fbricas se referem a GNC como ETR ("TRS"). Polpa Completamente Seca (PCS) - "Oven-dried pulp-ODP" uma amostra de polpa com zero porcento (0,0%) de umidade em peso (polpa 100% seca). Outros Gases Residuais Referem-se a quaisquer outros gases residuais combustveis que podem ser identificados no futuro visando um sistema de tratamento e coleta similar ao utilizado para GNC. Prdio da Caldeira de Recuperao ( ou rea) Este termo se refere construo onde localiza-se a caldeira de recuperao, seu limite de isolamento ou circunvizinhanas que devem ser usadas para identificar as reas restritas da caldeira que so afetadas quando do acionamento do PPE . Neste evento, no permitida a entrada de pessoas ao prdio da caldeira at que todo o PPE seja concludo. leo Vermelho - "Red oil" a mistura entre terebentina e compostos de enxofre total reduzido ETR ("TRS") Sabo o produto formado durante o processo de cozimento de polpas de fibra longa ("softwood") atravs da reao do lcali com os cidos graxos da madeira. VSC - Vlvula de Segurana de Corte - SSV ("safety shutoff valve") Gases de Sada da Coluna de Destilao (GSCD) - "Stripper off-gas (SOG)" So formados pelo metanol, gases reduzidos de enxofre e outros gases volteis que so removidos atravs dos processos de Destilao e Tratamentos de Gases e Condensados, sendo provenientes de fontes como Digestor e Evaporao. (Esta definio diferente da apresentada no "Cluster Rule"). Tonelada Por Dia (TPD) - entenda-se tonelada mtrica Quando utilizado, este termo qualificado pela adio de frases como "polpa nobranqueada seca ao ar ou a peso constante", indicao se a polpa "branqueada ou no-branqueada", "slidos secos de licor preto a peso constante", etc..
Enxofre Total Reduzido (ETR) -"Total Reduced Sulfur (TRS)" So os compostos totais de enxofre presentes nas emisses de sulfatos gasosos, condensados e guas contaminadas sendo resultantes das reaes de reduo do enxofre ocorridas no processo de cozimento da celulose. O ETR ou "TRS" tipicamente constitudo pelos seguintes compostos de enxofre: Sulfeto de Hidrognio (H2S); Metil Mercaptana (CH3SH);
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Dimetil Sulfeto (CH3SCH3); e Dimetil Dissulfeto (CH3SSCH3) Limite Superior de Explosividade (LSE) Uma mistura ar-combustvel acima deste limite muito rica em combustvel (Oxignio insuficiente - pobre) para suportar uma chama. O LSE dependente do combustvel utilizado ( Ver limites de flamabilidade).
CAPTULO 3 - CONSIDERAES PRINCIPAIS
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(BLRBAC-Reviso 1-10/05/99) Introduo A prtica da oxidao trmica dos GNC's em caldeiras de recuperao apresenta-se aos Operadores e Projetistas do sistema com consideraes que requerem sua especial ateno. O contedo deste captulo das "Prticas Recomendadas" descreve algumas destas consideraes principais. Estas consideraes so apenas informativas e no servem como instrumento para projeto dos referidos sistemas. Exploso Por definio, os GNCD so gases cujas fontes/origens encontram-se abaixo do limite inferior de explosividade (LIE) e por outro lado os GNCC so gases cujas fontes encontram-se acima do limite superior de explosividade (LSE), conforme visto no captulo anterior. Algumas fontes individuais de GNCD podem possuir, durante a operao, concentraes acima do LIE, especialmente aqueles gases exauridos dos silos de cavacos, tanques de descarga do digestor e tanques lavadores de espuma/sabes. A corrente combinada de gases de vrias fontes de um sistema de GNCD requer que este sistema seja projetado para operar abaixo do LIE uma vez que o contedo de oxignio presente ser sempre suficiente para que a combusto ocorra. Os GNCC e GSCD so considerados gases no-inflamveis devido ao seu baixo contedo de oxignio. Entretanto, a composio deste fluxo de gases nem sempre est acima do LSE. O risco de exploso ocorre quando a composio do gs muda e a concentrao dos constituintes deste gs ou o oxignio presente aproximam-se dos seus limites de explosividade. Tais alteraes nas condies de composio dos sistemas de GNCC ou GSCD podem ocorrer devido a erros operacionais (falhas humanas), falhas de sistemas ou infiltrao de ar devido a vazamentos de flanges, gaxetas ou vlvulas das unidades sob vcuo dos aquecedores do sistema de coleta de gases. Para o caso dos fluxos de GNCD, a infiltrao de ar provocar apenas uma maior diluio destes gases reduzindo em muito seu risco de exploso. A utilizao de monitores para LIE fornece subsdios aos Operadores afim de identificar que os gases esto a uma concentrao bem abaixo do LIE. Os limites de explosividade dos constituintes dos GNC encontram-se listados na Tabela 1.
Tabela 1 - Limites de Explosividade dos Constituintes dos GNC's 1
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Constituintes dos Gases Terebentina (alfa-pinene) Metanol (CH3OH) Sulfeto de Hidrognio (H2S) Metil Mercaptana (CH3SH) Dimetil Sulfeto (CH3SCH3) Dimetil Dissulfeto ( CH3SSCH3)
Limite Inferior de Explosividade (LIE) % em volume do ar 0,8 7,3 4,3 3,9 2,2 1,1
Limite Superior de Explosividade (LSE) % em volume do ar No definido 36 45 21,8 19,7 16,1
Burgess definiu valores de limites de explosividade que so similares ou muito prximos dos valores descritos acima2 . Alm disto o referido autor indica que geralmente so considerados aceitveis os valores de gases combinados na faixa de 2% para LIE e 50% para LSE, isto , os gases so inflamveis quando situam-se na faixa de 2 a 50% para todos os combustveis. Devido natureza explosiva dos constituintes dos GNC's , os fluxos de GNCD, GNCC e GSCD devem ser coletados e transportados em linhas e tubulaes dedicadas e separadamente. A mistura de GNCD e GNCC podem diluir os fluxos concentrados abaixo do LSE e colocar os respectivos gases resultantes dentro da faixa explosiva. Combinando-se fluxos de Gases de Sada da Coluna de Destilao (GSCD) com outros gases concentrados pode-se produzir fluxos de duas fases de condensao dos constituintes do GSCD. A terebentina uma preocupao primria em funo de seu muito baixo limite de explosividade e muito rpida velocidade de propagao de chama ( 160 m/s) comparado com a velocidade de chama do metanol ( 0,51 m/s) e metil mercaptana ( 0,58 m/s) 2. A posio de aberto ou fechado para todas as vlvulas de segurana de corte,VSC ("SSV"), devem ser confirmadas pelos limites de desvio que fornecem uma indicao para o painel de controle das condies vigentes bem como iniciar um alarme em caso de posicionamento incorreto. O risco potencial de maiores e piores conseqncias uma exploso destes gases numa caldeira de recuperao. Isto pode ocorrer se uma corrente de GNCC introduzida dentro da fornalha sem a presena de um ignitor contnuo em servio e inadequada temperatura da fornalha para a queima de combustvel auxiliar e/ou a combusto adequada do licor preto, ou se uma corrente de GNCD que usada como ar de combusto (geralmente na regio do ar tercirio) torna-se concentrada acima de seu LIE. As exploses de gases podem tambm ocorrer nos sistemas de manuseio e coleta de gases prximos caldeira de recuperao. Estas exploses podem_____________________________________1 2
U.S. Bureau of Mines, Boletim N 503 Burgess, T. L., Noncondensible Gases, Chemical Recovery in the Alkaline Pulping Process, Captulo 3
desencadear uma seqncia de eventos com serssimas conseqncias (para o equipamento e as pessoas envolvidas) .
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A velocidade da corrente de gases entrando na fornalha deve estar acima da velocidade de propagao de chama afim de reduzir a possibilidade do retorno de chama ("flashback"). A velocidade de propagao de chama para a corrente de gases contendo terebentina muito alta e por este motivo torna-se praticamente impossvel identificar se a terebentina no foi removida da corrente de gases antes da incinerao. A contaminao da corrente de gases com terebentina a causa mais freqente de exploses em sistemas de manuseio de GNC em fbricas que utilizam madeira de fibra longa ( pinus e araucria, dentre outros). Os condensados formados pelos sistemas de coleta e transporte de GNC fornecem um caminho potencial para a gua entrar nas aberturas (cavidades) da caldeira. A corrente de gases residuais so freqentemente coletadas na forma de gases com alta umidade e assim so usados ejetores de vapor para uma primeira remoo desta umidade afim de direcionar os gases para os sistemas de coleta e transporte. O vapor arrastado atravs do sistema via ejetores serve para :1) purgar o oxignio da tubulao; 2) limpar o condensado dos sifes para posterior remoo; 3) aquecer a tubulao antes da introduo do GNC quando em processo de partida do equipamento. Existe a possibilidade da formao de grandes correntes aquosas de gases provenientes do licor de extrao do Digestor ou pela espuma formada nos Evaporadores (licor de fibra longa) e arrastada atravs do condensado contaminado enviado Coluna de Destilao, retornando atravs dos sistemas de coleta de gases contaminados. As possveis situaes de entrada de gua dentro da fornalha, incluem: 1. Inundao da corrente de gases com lquidos devido inadequada inclinao tubulao de gases ou mal funcionamento dos drenos do sistema de transporte gases. Condensao de grande quantidade de umidade do gs na tubulao fria dentro da caldeira durante processo de partida, paradas imprevistas ("trips") paradas emergenciais ("blackouts"). da de ou ou
2. Uma exploso no sistema de manuseio de gases prximo caldeira pode provocar danos s partes de presso da caldeira resultando num possvel vazamento de gua para dentro da fornalha. O Sub-Comit de "Queima de Combustveis Residuais" enfatiza a importncia de se analisar cuidadosamente, durante a fase de projeto de sistemas de GNCs, todas aes e procedimentos automticos que possam ocorrer durante situaes de falhas, vazamentos ou outras condies anormais das fontes geradoras de GNCs ou na caldeira propriamente dita ou mesmo nos sistemas de transporte de gases. Esta anlise deve incluir situaes de partida, parada emergencial ou programada e condies anormais do sistema, considerando todas as fontes, tais como, Evaporadores, Condensados da Coluna de Destilao e do Digestor e a prpria Caldeira. Riscos com Terebentina A causa mais predominante de exploses em sistemas de coleta , transporte e combusto de GNCs a presena de terpenos (vapor de terebentina) na corrente de gases em concentraes que possam resultar numa mistura explosiva de gases. Estes gases podem entrar facilmente em ignio atravs de vrias fontes tais como eletricidade esttica ou uma fagulha eltrica ou ainda por ao de auto-ignio de alfapinenes ( presentes nos gases) temperatura de cerca 230 C. Os limites inferior (LIE)
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e superior (LSE) de explosividade para o vapor de terebentina no so ainda bem identificados, entretanto os efeitos de sua exploso so bem conhecidos devido sua magnitude. Procedimento de Parada de Emergncia (PPE) -"Emergency Shutdown Procedure" (ESP) Os procedimentos de operao "segura" para caldeiras de recuperao ensinam que o acionamento do PPE deve resultar em imediata interrupo e desvio das correntes de GNCs da fornalha para a atmosfera ou para outra unidade alternativa de oxidao trmica (por exemplo, um incinerador dedicado). Os GNCD, GNCC e GSCD , alm de outros gases residuais que possam entrar no fornalha devero ser automaticamente desviados a qualquer momento que houver o acionamento do "Procedimento de Parada de Emergncia - PPE". Corroso Em algumas situaes, a introduo de gases diludos junto a sistemas/dutos de gases existentes, tm provocado corroso em pontos destes dutos. A elaborao e execuo de projetos dos sistemas de coleta e transporte de gases de forma adequada ir minimizar o potencial de corroso. Para condensar o vapor de gua proveniente dos GNCD deve-se usar um resfriador de gases. Se for utilizado um condensador, deve-se instalar tambm um aquecedor (aps o eliminador de gotas) afim de reaquecer os GNCD transportados. O aquecimento dever fazer parte do sistema especialmente se considerarmos que os GNCD sero injetados dentro da fornalha atravs das portas de ar ou misturado com o ar de combusto via dutos de ar/gases. O sistema de transporte dever ser projetado para liberar o gs a 50% ou menos de umidade relativa e para uma temperatura mnima de 70C. A temperatura de queima dever ser maior que o ponto de orvalho dos gases cidos. Sistemas de coleta e transporte de gases tem sido projetados para temperaturas de 50C a 150C. A correta e adequada seleo do material a ser utilizado um ponto crtico afim de se evitar a corroso. Como medidas adicionais para a segurana da instalao, pode-se instalar "cupons de corroso" afim de monitorar a corroso e prever o tempo de vida remanescente de um determinado sistema. Como medida mnima de segurana, todos os componentes dos sistemas de transporte e combusto de gases devem ser inspecionados com freqncia. A oxidao trmica dos GNC's pode arrastar uma grande quantidade de SO 2 para a fornalha e aumentar o potencial de corroso nas partes de presso da caldeira. A corroso nos bales da caldeira causadas por sulfatos cidos tem sido reportada por inmeras fbricas, especialmente nos EUA (onde tem-se vrias caldeiras com "dois bales", de vapor e de gua). A corroso pode provocar falhas e vazamentos nas partes de presso da caldeira. Adicionalmente, todos os queimadores e/ou eliminadores de chama ( "flame arresters") dos sistemas de GNCs so bastante suscetveis corroso e por isso necessitam ser freqentemente inspecionados. A corrente de SO2 nos gases que saem da caldeira de recuperao devem necessariamente ser mantidos com baixo nvel/concentrao afim de minimizar o potencial de corroso. Uma considerao importante para oxidao trmica dos GNC'S nas caldeiras de recuperao que a concentrao de queima do licor preto dever ser suficientemente elevada (preferencialmente acima de 70%ss) para fornecer
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condies qumicas fornalha (incluindo alta temperatura na sua parte inferior) de tal forma a possibilitar o controle a nveis desejveis (baixos valores) das emisses de SO2 e taxas resultantes de corroso. O Subcomit de "Queima de Combustveis Residuais" dos EUA no possui qualquer informao de nenhuma caldeira que tenha sofrido corroso nas partes de presso onde a causa primria tenha sido admisso de correntes de GNC na fornalha. A experincia vigente com GNCD tm sido positiva, incluindo as instalaes referenciadas da Amrica do Norte. As caldeiras que queimam GNCC contendo elevadas concentraes de enxofre localizam-se principalmente na Europa e nos Pases Nrdicos (Escandinvia) onde se queima licor preto com elevadas concentraes de slidos secos ( acima de 72%ss).* Na Amrica do Norte, onde o nvel de slidos secos tende a ser menor, existem poucas caldeiras de recuperao que oxidam trmicamente os GNCC. Os Efeitos do Enxofre e Concentraes de Slidos sobre as Emisses de SO2 O "Cluster Rule" (Norma de Combusto Norte-Americana) exige que a incinerao dos GNC's numa caldeira seja feita atravs da introduo de gases na "zona de queima" de tal forma a permitir a completa destruio destes gases via oxidao das partculas de dixido de enxofre (SO2). A "zona de queima" no claramente definida. O SO2 produzido em uma caldeira de recuperao atravs da oxidao trmica do licor preto lavado/reduzido pela ao da corrente de lcalis formados na parte superior da fornalha gerando o sulfato de sdio ( Na2SO4) que se deposita nas superfcies dos tubos sendo posteriormente capturado pelos precipitadores eletrostticos. Nesta condio, as reaes qumicas da prpria caldeira de recuperao fornecem um mecanismo de auto-lavagem para as partculas de SO2. Os fatores limitantes para a lavagem do SO2 so as quantidades de hidrxidos alcalinos, a base de Sdio (Na) e Potssio (K) , presentes na fornalha. Em geral, caldeiras que trabalham com altas temperaturas no fundo da fornalha (aquelas com alta concentrao de slidos) iro volatilizar mais facilmente as partculas de sdio e assim ter maior eficincia de captao das partculas de enxofre. Existem muitos casos reportados na literatura citando caldeiras de recuperao que operam com baixas ou no-detectadas taxas de emisses de SO2. A alta eficincia de captao das partculas de enxofre nas fornalhas das caldeiras de recuperao um dos fatores que torna a incinerao de GNC's uma alternativa desejvel e atraente para as indstrias. O impacto resultante das emisses formadas menor quando comparado outras unidades de incinerao (tais como caldeiras auxiliares e incineradores dedicados) e o enxofre mantido no ciclo de licor. Por exemplo, se uma fbrica queima cerca de 230 kg/h de enxofre extrado dos compostos de GNC's que entram na caldeira de recuperao apresentando uma eficincia de captao de 98%, obter como resposta 225 kg/h de enxofre que ser recuperado sob__________________________________________* No Brasil tambm se pratica queima de slidos com altas concentraes ( entre 72- 75%ss) e j existem fbricas que queimam GNCC na fornalha ( casos da VCP e Klabin e a partir de 2002 a ARACRUZ).
forma de sulfato de sdio ("saltcake") (equivalente a 10,3 ton/dia de NaHS ou 26,1 ton/dia de Na2SO4).
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As anlises de cinzas extradas da caldeira de recuperao podem dar uma indicao de sua capacidade para lavar as partculas adicionais de enxofre. Se as cinzas coletadas no precipitador eletrosttico contiverem grandes quantidades de partculas de carbonato de sdio ( Na2CO3), significa que existem partculas de sdio disponveis para absorver/lavar mais partculas de enxofre proporcionais ao contedo presente de Na2CO3. Investigaes conduzidas pela Universidade de Toronto demonstraram que amostras de licor preto contendo concentraes acima de 70%ss possuem maior capacidade de formao de Na2CO3 nos gases de sada (indicando maior eficincia de absoro das partculas de enxofre)3. Os dados obtidos mostraram valores de cinzas geralmente contendo de 8-10 moles por cento de carbonato [CO3/(Na2 + K2)] , quando o licor preto queimado a 70%ss. O nvel de carbonato obtido em muitas instalaes suficiente para promover a sulfatao dos hidrxidos alcalinos promovendo assim uma completa remoo do SO2. Muitas instalaes modernas de caldeiras de recuperao e um nmero crescente de velhas unidades j esto queimando licor preto com concentraes acima de 70%ss (slidos secos). Uma das principais vantagens da queima de licor com altas concentraes de slidos que o contedo de SO2 resultante nos gases residuais desprezvel. Isto particularmente verdadeiro na Amrica do Norte ( e tambm no Brasil) onde os nveis de sulfidez do licor so normalmente na faixa de 25 a 30%. Para nveis de sulfidez na faixa de 40%, tais como verificado nos pases Nrdicos, so ainda mais requeridos altas concentraes de slidos afim de se obter negligenciveis concentraes de SO2 nos gases residuais. Alta concentraes de slidos significa que menos gua ser introduzida na fornalha afim de absorver calor por evaporao, resultando em altas temperaturas na zona inferior da fornalha. Este processo provoca um aumento no nvel de lcalis (Na e K) nos gases de sada (residuais) reagindo com o SO2 que tambm formado como um produto da combusto. A operao com elevada concentrao de slidos apresenta diferentes condies de operao da fornalha e pode trazer problemas adicionais associados s modificaes necessrias do sistema de licor preto para operar com o aumento conseqente da viscosidade do licor (especialmente para as fbricas que processam licor de eucalipto). Os sistemas de licor devero ser avaliados e, em muitos casos, completamente redimensionados para operar com altos nveis de concentrao de slidos. O Efeitos da Introduo de GSCD sobre as Emisses de NOx As correntes de GSCD (gases de sada da coluna de destilao) provenientes da Coluna de Destilao tipicamente contm amnia. A amnia presente pode estar em concentrao suficiente para provocar a formao de NOx na caldeira de recuperao. Um estudo informa que aproximadamente 20% do Nitrognio do licor preto removido durante a Evaporao 4. A maior parte deste Nitrognio entra atravs dos condensados formados nos Evaporadores. O processo de Destilao ("Stripping") dos gases ir__________________________________________3 Tran,H., Villarroel, R., Efeitos da Combusto de GNCC sobre a Eficincia da Caldeira de Recuperao e a Composio dos Particulados do Precipitador, Relatrio no-publicado, Reunio Anual de Pesquisadores, Centro de Celulose e Papel da Universidade de Toronto, Novembro 18-19, 1998. 4 Kymalainen, M., Forssen,M.,Hupa, M, O destino do Nitrognio no Processo Qumico da Caldeira de Recuperao em Fbricas de Celulose Kraft, Procedimentos da Conferncia Internacional de Recuperao Qumica, TAPPI Press 1998, p. 19-32
remover o Nitrognio dos condensados onde o mesmo ser finalmente encontrado nos GSCD. Tanto os fornecedores da Coluna de Destilao quanto o fabricante da caldeira
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devero ser consultados para identificar os efeitos das emisses de NOx sobre as emisses da caldeira, se existirem. Consideraes de Sade Os GNCC e GNCD contm sulfeto de hidrognio, assim como outros gases reduzidos de enxofre e podem ser perigosos para a sade humana. A natureza txica dos GNC's e os perigos potenciais de exploso devem ser cuidadosamente considerados nas condies de projeto e treinamento de novas unidades. A ruptura ou outras falhas nos sistemas de manuseio de gases podem permitir a entrada destes gases na caldeira de recuperao em concentraes perigosas. Precaues devem ser tomadas afim de minimizar o trajeto percorrido pelos GNCC dentro do prdio da caldeira. Devem tambm ser adotados "Procedimentos de Segurana Pessoal e Treinamento" para todo pessoal envolvido abrangendo todos os sistemas e demais equipamentos auxiliares. Devem ser instalados monitores contnuos para "ETR" afim de proteger e avisar o pessoal de operao no caso de vazamentos. Como precauo adicional, o pessoal de operao dever ser equipado com respiradores individuais (instalados em locais de fcil acesso nas salas de controle ou pontos especficos da caldeira). A corrente de GNCD contm normalmente compostos gasosos com baixssimas concentraes representando um reduzido potencial de risco sade. Existem registros e relatrios operacionais sobre Operadores que tenham sofrido nuseas e tonturas como resultado do escapamento destes gases no interior do prdio da caldeira. Os gases provenientes dos respiros do Digestor podem apresentar maiores concentraes quando comparado aos demais GNCD e por isso constituem-se em gases mais perigosos. Este manual de "Prticas Recomendadas" identificou alternativas para o tratamento e manuseio dos GNCD na regio da caldeira de recuperao. Estas alternativas foram revisadas e sero apresentadas no Captulo 4, frente. A Indstria Americana de Petrleo ("American Petroleum Industry - API") publicou o manual "API - Prticas Recomendadas 55" que constituem-se em Apndices resumidos dos seguintes trabalhos : Propriedades Fsicas e Efeitos Fisiolgicos do Sulfeto de Hidrognio 5 e Propriedades Fsicas e Efeitos Fisiolgicos do Dixido de Enxofre 6 . O primeiro Apndice apresenta a Tabela A-1 contendo as caractersticas tpicas do Sulfeto de Hidrognio, e a Tabela A-2, contendo o Resumo dos Valores de Exposio Ocupacional para o Sulfeto de Hidrognio.
_____________________________________5 Apndice A, com Tabelas A-1, Sulfeto de Hidrognio, e Tabela A-2, Resumo dos Valores de Exposio Ocupacional para o Sulfeto de Hidrognio, Prticas
Recomendadas 55 do API, Prticas Recomendadas para Produo de leo e gs e Operaes de Plantas que processam gases envolvendo o Sulfeto de Hidrognio. 6 Apndice B, Prtica 55, Propriedades Fsicas e Efeitos Fisiolgicos do Dixido de Enxofre
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Complexidade do Sistema
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A adio de corrente(s) adicional(s) de gases para a caldeira de recuperao aumenta a complexidade do sistema. Atravs da implantao e disponibilidade dos SDCD's (Sistemas Digitais de Controle Distribudo), de treinamentos adequados e de projetos precisos dos diversos sistemas, criou-se condies seguras afim de habilitar os Operadores com a complexidade deste sistema fazendo com que a operao da caldeira torne-se mais segura. Apesar dos GNCD serem considerados "ar malodoroso" resultando em baixa complexidade para o sistema, tem-se os GNCC que devem ser tratados como combustveis e serem operados por "Sistema de Gerenciamento de Queima" ("Burning Management System") de forma similar ao praticado com o sistema de gs natural, por exemplo. Os erros/falhas operacionais so fortemente considerados a nvel de projeto e operao de um sistema que visa introduzir os GNCC's dentro da fornalha da caldeira de recuperao. As instabilidades eventuais do sistema de incinerao de gases podem trazer problemas operao da caldeira e distrair a ateno dos Operadores. Isto aumenta a vulnerabilidade da caldeira de recuperao para outros riscos. De forma similar, falhas no sistema da caldeira de recuperao podem conduzir a condies inseguras para o processo de oxidao trmica dos GNCC's. Nestas situaes, faz-se necessria uma imediata ao de desvio destes gases para os respiros externos da caldeira ou outra unidade de tratamento. As falhas que possam estar relacionadas com os intertravamentos normais de segurana da caldeira de recuperao devem ser motivos adicionais para o imediato desvio dos GNCC's para fora da caldeira de recuperao, como por exemplo, quando a carga da caldeira estiver abaixo do mnimo recomendado por este manual de "Prticas Recomendadas" (abaixo de 50% da carga de gerao trmica projetada). As condies para parada e desvio das correntes de gases para a caldeira sero melhor especificadas no Captulo 5 entitulado "Diretrizes para Oxidao trmica de GNCC e GSCD". Integrao e Confiabilidade dos Sistemas de Transporte Embora a execuo precisa e adequada dos sistemas de transporte seja um dos aspectos mais importantes da combusto dos GNC's, isto est alm do escopo deste documento. As especificaes para condicionamento dos gases requeridas para sua introduo na caldeira de recuperao encontram-se includas nos Captulos 4 e 5, deste manual. Recomenda-se proceder ao resfriamento do gs desde a sua fonte afim de remover a umidade presente e reduzir seu volume. Os intertravamentos devem ser definidos de tal forma que procedam o isolamento do sistema de transporte de gases da caldeira de recuperao sempre que houver ocorrncia de condies anormais de um gs especfico ou nas prprias condies da caldeira, ou mesmo em falha de instrumentos. Em outras palavras, o sistema deve ser seguro contra falhas ("fail safe"). Entradas ("Input") O projeto de uma nova caldeira de recuperao fornece aos Engenheiros e Projetistas a oportunidade de avaliar e levar em considerao a carga adicional de calor que ser incorporada fornalha com as correntes de GNC introduzidas. As dimenses da fornalha, a localizao dos pontos de entrada de GNC, assim como a localizao e volumes de ar nas portas de ar, so condies que devem ser otimizadas pelos projetistas durante a concepo do projeto. No caso de uma caldeira existente, devem ser considerados todas as limitaes da caldeira e de seus equipamentos auxiliares sempre que se for projetar um sistema de
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oxidao trmica dos GNC's. Estas limitaes devero ser analisadas de forma global e numa base especfica (caso a caso). Nos casos onde a capacidade da caldeira de recuperao limitada pela entrada de calor faz-se necessrio diminuir proporcionalmente a admisso de licor preto quando se queima tambm GNC. Como um exemplo de ordem de grandeza, se uma fbrica queima simultaneamente GNCC e GSCD a cerca de 5.097,6 m3/h com um poder calorfico mdio de 0,578 Kcal/m 3 , isto resultar numa liberao de entrada de calor da ordem de 2.946 Kcal/h. Assumindo-se que uma caldeira de recuperao possua uma mxima entrada de calor proporcional capacidade de queima de 1.589 tss/dia de slidos do licor preto com um poder calorfico de 3,67 Kcal/kg, esta caldeira promover uma liberao de calor atravs da combusto do licor preto da ordem de 242.920.000 Kcal/h. Isto significa dizer que a entrada de calor dos GNCC/GSCD equivalente a aproximadamente 1,2% da entrada de calor correspondente ao licor preto (i.e., para manter a mesma taxa de calor na fornalha, a fbrica dever considerar a reduo da queima de licor proporcional taxa de calor de entrada correspondente a 1,2% do calor total gerado). Muitas caldeiras de recuperao da Amrica do Norte consideradas para oxidao trmica do GNCC requerem um aumento no nvel de concentrao de slidos secos do licor para garantir que os compostos de SO2 formados no sejam arrastados pela caldeira. (sejam oxidados na oxidao trmica na fornalha). Alm de outros benefcios do aumento da concentrao de slidos do licor, tem-se a reduo do volume de gases arrastados, fornecendo uma oportunidade para aumento da entrada de calor na fornalha sem aumentar a velocidade dos gases na fornalha ou atravs das superfcies de conveco. (com o aumento de slidos tm-se como conseqncia maior liberao de calor por radiao na fornalha com maior absoro pelas paredes e maior temperatura na zona inferior, reduzindo assim os gases arrastados e sua velocidade ao longo das superfcies de troca trmica da caldeira). A entrada atual de calor atravs do GNC ir depender da composio da corrente de gases presentes. Na Tabela II abaixo, esto listados os calores de combusto para os diferentes tipos de componentes do GNC. Tabela II - Calores de Combusto para os Principais Componentes do GNC 7 Componente Poder Calorfico Superior ( Kcal/kg) Metanol ( gs ) 5 430,00 Terebentina 9 940,00 Sulfeto de Hidrognio 3 650,00 Metil Mercaptana 6 240,00 Dimetil Sulfeto 7 380,00 Dimetil Dissulfeto 5 650,00 Condies da Caldeira de Recuperao Em geral, fica sempre mais fcil projetar sistemas auxiliares para tratamento e coleta de gases para novas unidades do que para reforma ou ampliao de unidades existentes. Conforme mencionado acima, a entrada de calor na caldeira pode se transformar numa preocupao adicional para as unidades existentes. As caldeiras antigas, em particular, possuem pequena altura de fornalha que comprometem o tempo de residncia e a liberao de calor por unidade de volume alimentado. Outro aspecto a ser considerado a construo das paredes da fornalha. As unidades construdas com paredes membranadas possuem integridade de parede questionvel para a
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absoro de GNC. No caso dos GNCD, a integridade dos dutos de gases tambm um item a ser observado cuidadosamente. Se as condies dos dutos de gases atuais no forem considerados seguros e compatveis para o transporte de GNCD, faz-se ento necessria a construo/projeto de sistema de dutos separados (isolados dos dutos atuais). Esta prtica tm sido adotada para algumas unidades existentes.
_________________________7 Coleta e Queima de Gases No-Condensveis - Prticas Atuais, Experincia Operacional e importantes aspectos de Projeto e Operao, Boletim Tcnico N 469, NCASI, 29/08/1985.
CAPTULO 4 - RECOMENDAES PARA A OXIDAO TRMICA DOS GASES NO-CONDENSVEIS DILUIDOS (GNCD)
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INTRODUO Estas recomendaes tratam do uso da caldeira de recuperao, seus controles e dispositivos para a oxidao trmica dos GNCD. Segurana O sistema deve considerar a segurana pessoal e dos equipamentos. Os GNCD so considerados como ar com odor e no como combustvel. Tanto o sistema como os equipamentos utilizados devem ser dimensionados para atender as seguintes exigncias: vazamentos de GNCD no prdio da caldeira devem ser evitados aplicando todos os recursos disponveis No pode haver entrada de condensado dentro da fornalha da caldeira Consideraes especiais devem ser tomadas com os gases do silo de cavacos em funo de que em casos especiais eles podem tornar-se inflamveis Em nenhum caso as recomendaes de segurana podem ser menos restritivas que os seguintes documentos publicados pelo BLRBAC. 1. "Recommended Good Practice for the Safe Firing of Auxiliary Fuel in Black Liquor Recovery Boilers". 2. "Recommended Good Practice for the Safe Firing of Black Liquor in Black Liquor Recovery Boilers" . 3. "Instrumentation Checklist and Classification Guide for Instruments and Control Systems Used in Operation of Black Liquor Recovery Boilers". 4. "Recommended Rules for Personnel Safety of Black Liquor Recovery Boilers". Fontes Respiros do silo de cavacos Respiros dos tanques de descarga e tanque pulmo Respiros da tubulao do digestor Respiros da estocagem de massa marrom e do lavador de delignificao ps-oxignio Respiros da coifa dos cilindros lavadores Resp